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반도체 홀 미세공정
장비 국산화로
해외 의존 굴레 탈피

반도체 패키징용 지름 100㎛ 이하 관통 홀 양산 제조
제조 CO₂레이저 드릴링 장비
올해의 산업혁신기술상 신기술 부문
㈜트리엔
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지속적인 반도체 공정의 미세화와 인공지능을 비롯한 다기능 고성능 컴퓨팅의 수요에 따라 반도체 패키징의 중요성이 날로 높아지고 있다. 이에 따라 차세대 반도체 패키징 공정 장비의 기술개발이 향후 반도체 시장에서 반도체 업체의 성패를 좌우하는 요인이 되고 있다. 이런 가운데 전량 외산 장비에 의존한 CO2레이저 드릴링 장비를 국내 장비업체 가운데 유일하게 ㈜트리엔이 국산화 및 양산·실증하는 데 성공해 주목받고 있다.

word 조범진 photo 김기남

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HOW TO ▶
프로토타입 장비 설계·제작 후 고객사에서 수행한 가공 테스트에서 비아 홀 가공 불량으로 인해 파일럿을 양산하지 못하는 상황이 발생했다. 이를 해결하기 위해 고객사에 6개월 이상 상주하며 문제를 해결하기 위해 노력했고, 결국 그동안 축적된 기술력과 노하우로 문제를 해결했다. 이후 일본 기업을 따라잡기 위한 양산 실증 정부 과제에 고객사를 참여시키는 계기가 되었다.
용어설명
PCB
인쇄회로기판Printed Circuit Board. 저항기, 콘덴서, 집적회로IC 등 전자부품을 인쇄배선판 표면에 고정하고 부품 사이 구리 배선으로 연결해 전자회로를 구성한 판.
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자체 기술로 고출력 CO2레이저 드릴링 개발, 양산·실증 성공
2010년 무어의 법칙Moore’s Law이 한계에 부딪치면서 반도체산업이 큰 전환점을 맞았다. 이에 따라 반도체 후공정의 대표 격인 반도체 패키징을 통한 반도체 성능 향상을 모색하기 시작했고, 반도체 패키징 공정 장비의 기술개발 역시 활발하게 전개되었다.

그러나 미국이나 일본 등 해외 선진사들이 대부분 공정 장비 시장을 장악하고 있어 국내 반도체 산업의 균형적 성장과 확장성에 커다란 장애 요인이 되고 있다. 트리엔이 국산화 및 실증에 성공한 반도체 패키징용 CO2레이저 드릴링 장비도 현재까지 일본산 장비가 약 95% 이상을 차지하고 있다.

이에 따라 국내 반도체산업 경쟁력 강화와 외산 장비에 대한 의존도 탈피 및 해외 시장 수출을 위한 반도체 장비 국산화가 절실한 가운데 트리엔의 이번 기술개발 및 실증 성공은 매우 큰 의미가 있다.

이와 관련해 이춘무 대표는 “2018년 고객사로부터 반도체 패키지 회로기판 개발을 제안 받은 후 새로운 장비의 개발을 결정했다”면서 “그동안 반도체 드릴링 장비는 외산에 의존한 탓에 장비 주문에서 납품까지 약 12개월 이상이 소요된다. 그러므로 국내 반도체 생산량에 많은 영향을 줌과 동시에 그 시간만큼 시장에서의 경쟁력도 흔들릴 수 있는데, 당사의 이번 개발 및 양산 그리고 실증 성공으로 국내 반도체 패키지 산업은 물론 디스플레이 산업 분야에서의 경쟁력 향상에 도움이 될 것으로 예상된다”고 말했다.

또한 이 대표는 “이번 성공으로 연간 1200억 원 이상의 수입대체 효과를 가져올 것으로 기대된다. 국내에서 생산하고 있는 D램 반도체, 낸드 메모리 등의 고집적화에 대응해 생산성 향상과 비용 절감에도 이바지해 국내 반도체산업 활성화에 큰 힘이 되기를 기대한다”고 밝혔다.
세계 최고 수준보다 뛰어난 홀 가공 속도와 가공 오차 갖춰
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트리엔이 개발과 양산·실증에 성공한 ‘반도체 패키징용 지름 100㎛ 이하 관통 홀 양산 제조 CO2레이저 드릴링 장비’는 반도체칩의 아랫부분으로 인쇄회로기판PCB 사이를 연결해주는 반도체 패키지 기판의 마이크로 비아 홀Micro Via Hole, MVH을 CO2레이저를 이용해 고속으로 뚫어주는 장비다. 초당 4K 홀 가공 및 홀 지름 가공 오차는 세계 최고 수준인 ±20%보다 뛰어난 ±10%인 세계 최고의 기술력과 성능을 갖추고 있다.

김규하 트리엔 연구소장은 “본 기술은 반도체 패키징 기판용 동박적층판Copper Clad Laminate, CCL 시트에 초당 1200개 이상의 마이크로 비아 홀 가공이 가능한 CO2레이저 드릴링 장비에 관한 것이다. 고출력 CO2레이저를 이용해 반도체 패키징용 볼 그리드 어레이Ball Grid Array, BGA 및 인쇄회로기판PCB용 대량의 마이크로 비아 홀 드릴링 공정 장비이다”라고 강조했다. “양면의 CCL에 65~100㎛ 직경의 다양한 홀을 고속으로 가공하면서도 레이저 펄스 및 파워 제어를 통한 정밀가공 및 고속가공과 레이저 조사에 따른 열영향부Heat Affected Zone, HAZ를 최소화한 트리엔 기술의 결정체”라고 설명했다.

더불어 이 대표는 “산업적 밸류 체인에서 본 장비는 반도체 패키징에 필수불가결한 부품을 초고속으로 생산하기 위한 장비 기술이다”라며, “당사가 국산화 및 양산과 실증에 성공할 수 있었던 것은 공기 베어링 및 이를 이용한 초정밀 이송 스테이지 설계·제작 전문기업으로 그동안 쌓아온 정밀 이송 장비 설계 및 제작 기술과 노하우가 적용된 결과다”라고 말했다.
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고난도의 정밀성을 완벽하게 제어하는 X-Y-Z축에 대한 글로벌 기술력이 고집적화되는 반도체의 고품질과 수율 향상에 큰 역할을 하고 있다.
차세대 제품 타깃 지름 50㎛ 이하 관통 홀 가공 장비 선보일 예정
현재 국내 CO2레이저 드릴링 장비 회사 중 양산 중인 곳은 트리엔이 유일하다. 이에 따라 트리엔은 2019년 말 CO2레이저 드릴러 출시 후 국책과제 기간 중 약 85억 원 상당의 CO2레이저 드릴링 장비 9대를 조기에 계약해 신속하게 공급망을 확보하는 등 꾸준한 매출 상승을 기록했으며 2023년에는 약 40억 원의 사업화 매출을 올리는 등 기염을 토했다.

아울러 전망 역시 매우 밝다. 이 대표는 “CO2레이저 드릴러의 주요 수요처인 플립-칩 볼그리드 어레이Flip-chip Ball Grid Array, FC-BGA의 경우, 공급 부족 현상이 당분간 계속되면서 오는 2026년까지 연평균 14% 이상 성장할 것으로 예상된다”고 밝혔다. 실제로 수입대체에 따른 약 1200억 원의 매출 기대와 더불어 중국, 대만 시장 등에 연간 약 1500억 원 규모의 수출이 가능할 것으로 예상된다. 과제에서 실증한 고출력 CO2레이저 광학 시스템 기술은 최근 자동차용 디스플레이로 사용되기 시작한 P-OLED(플라스틱-유기발광다이오드) 원장 커팅 장비에도 적용되는 등 다양한 산업 분야에서 활용 가능해 매출 상승세가 지속될 것으로 전망된다.
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CO2레이저 드릴링 장비
끝으로, 향후 개발 계획과 목표에 대해서는 “현재 가장 최신 규격의 D램인 DDR5와 고대역폭메모리HBM, 5G로 반도체 패키징 및 PCB 수요가 이동해 반도체칩 및 PCB 기판의 단위 면적당 비아 홀Via Hole 수가 증가함에 따라 CO2레이저 드릴러의 가공 속도 향상과 홀 지름 또한 감소하고 있다. 이에 대한 대응으로 지름 50㎛ 이하 영역대의 비아 홀 가공을 위한 개발을 진행할 예정이다”라며, “궁극적으로는 트리엔이 글로벌 초정밀 장비 시스템 전문업체로 자리매김하는 것이다”라고 말했다.
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트리엔은 3D 모델링 기반을 통한 국내 최고의 공기 베어링과
초정밀 이송 스테이지 기술을 보유하고 있다.
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㈜트리엔
트리엔은 1999년 연구실의 기반 기술인 공기 베어링 및 그 응용 제품인 초정밀 이송 테이지를 사업화하기 위해 영남대학교 기계공학부 윤활연구실 벤처기업으로 출발해 2003년 법인화되었다.
주요 사업 분야는 기반 기술인 공기 베어링·초정밀 이송 스테이지와 그 응용인 반도체·디스플레이 공정 장비 및 디스플레이 공정용 대전방지 다공질 세라믹 공기부상판과 진공척 등이다.
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